殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究（可編輯）

1、 摘 要 本文的目的是采用涂布法以聚乙烯醇(PVA)膜作為基膜制備殼聚糖復(fù)合膜,以得到具有高阻隔性、較好力學(xué)性能、可降解性和抗菌性的食品包裝材料,用烏氏粘度計測定殼聚糖的相對黏均分子質(zhì)量。所用 3 種殼聚糖的相對黏均分5 5 5子質(zhì)量分別為:4.68×10 、4.77×10 、6.68×10 。 比較抑菌圈法、比濁法、稀釋平板計數(shù)法發(fā)現(xiàn),比濁法結(jié)合稀釋平板計數(shù)法用于空白組與實(shí)驗組的活菌計數(shù),可以更準(zhǔn)確地顯示殼聚糖的抑菌效果。殼聚糖溶液濃度為 0.01%的 LB 培養(yǎng)液在培養(yǎng)過程中出現(xiàn)絮狀沉淀,而高濃度(0.1%)和空白實(shí)驗則不出現(xiàn)。這一有趣現(xiàn)象未見文獻(xiàn)報導(dǎo)。相對分

2、子質(zhì)量大的殼聚糖的抑菌作用較強(qiáng)。太低濃度的殼聚糖溶液,如 0.01%濃度,對兩種細(xì)菌的抑菌效果不理想。對 E. coli抑菌活性昀好的殼聚糖溶液濃度是 0.05%;而對 S. aureus 抑菌活性昀好的濃度則是0.025%。 合成的兩種殼聚糖衍生物樣品(PCS、TMC)為白色絮狀,都能溶于中性水。濃度為 0.1%的 PCS 和 TMC 溶液都能有效抑制 E. coli 的生長。殼聚糖衍生物對細(xì)菌的抑菌活性有一定的選擇性。TMC 對 E. coli 菌比對 S. aureus 菌具有更好的抑菌效果。 以 PVA 膜作為基材,采用涂布法制備了 PVA/殼聚糖復(fù)合膜。用萬能材料試驗機(jī)測定復(fù)合膜的力

3、學(xué)性能。復(fù)合膜的彈性模量隨所用殼聚糖濃度的增大而增大。復(fù)合膜的斷裂伸長率和抗拉強(qiáng)度比 PVA 膜略微減小。 用透濕儀測定了復(fù)合膜的水蒸汽透過系數(shù)。各類復(fù)合膜的水蒸汽透過系數(shù)略高于 PVA 膜。用 CS-1 和 CS-2 制得的復(fù)合膜的水蒸汽透過系數(shù)隨殼聚糖濃度的增大而增大;然而涂布 CS-3 的復(fù)合膜的水蒸汽透過系數(shù)卻隨著殼聚糖濃度的增大而減小。復(fù)合膜的水蒸汽透過系數(shù)受環(huán)境相對濕度影響較大。用透氧儀測定了復(fù)合膜的氧氣透過系數(shù),涂布?xì)ぞ厶强梢蕴岣?PVA 膜對 O 阻隔性能。 2采用 QB/T 2591-2003 標(biāo)準(zhǔn)方法評價了復(fù)合膜對 E. coli 和 S. aureus抑菌效果。復(fù)合膜對受

4、試菌均有較好的抑菌效果。用三種殼聚糖制得的復(fù)合膜對受試菌的抑菌率均隨殼聚糖濃度的增大而增大。其中, CS-3-2%膜的抑菌活性昀佳,對受試菌的抑I 菌率達(dá)到 99%。 殼聚糖復(fù)合膜結(jié)合了 PVA 膜和殼聚糖的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合膜既保持了 PVA 膜的高阻隔性、可降解性和較好力學(xué)性能,又具備了殼聚糖抗菌性的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:活性包裝,殼聚糖,聚乙烯醇膜,抗菌活性,水蒸氣透過系數(shù),氧氣透過系數(shù)II Abstract The objective of this study was to obtain a complex active package film, prepared by coating chito

5、san on polyvinyl alcohol film, with properties of high-resistance, well-mechanics, biodegradation and antimicrobial5Relative molecular weight of three kinds chitosan used in this study were 4.68×10 , 5 54.77×10 and 6.68×10 respectively, tested by Ubbelohde viscometerNephelometery comb

6、ine with dilution-plate method showed the antibacterial activity of chitosan accurately, comparing whit inhibition zone and nephelometeryFlocculent precipitate occurred in LB with 0.01% chitosan during cultivation. This interesting phenomenon was not reported in literature. Chitosan showed high anti

7、bacterial activity against E. coli and S. aureus, with higher molecular weight showed better antibacterial activity. While 0.01% concentration of chitosan showed no good antibacterial. The best antibacterial condition of chitosan was 0.05% concentration against E. coli, and 0.025% concentration agai

8、nst S. aureus PCS and TMC synthesised were white floccus, and had good solubility in neutral water. Antibacterial activity of PCS and TMC with 0.1% concentration against E. coli is well. Antibacterial activity of PCS and TMC had selectivity. Antibacterial activity of TMC against E. coli was better t

9、han against S. aureusComplex film was prepared by coating chitosan on polyvinyl alcohol film in this paper. Physical properties of polyvinyl alcohol/chitosan complex film was tested with universal material testing machine. Elasticity modulus of complex film increased when concentration of chitosan i

10、ncreased. Elongation at break and tensile strength of complex film a little decreased, comparing with polyvinyl alcohol filmWater vapor permeablity of complex film was tested by PERMA TRAN-W 3/33Water vapor permeablity of complex film was a little larger than polyvinyl alcohol filmWater vapor permea

11、blity of complex film with chitosan-1 and chitosan-2 increased when concentration of chitosan increased. However, water vapor permeablity of complex filmIII with chitosan-3 decreased when concentration of chitosan increased. Water vapor permeablity of complex film was affected by relative humidity o

12、f the air. Oxygen permeablity was tested by OX-TRAN 2/22. It showed that the oxygen barrier performance of polyvinyl alcohol film with chitosan was better than polyvinyl alcohol filmAntibacterial activity of complex film was tested by QB/T 2591-2003. It showed that complex film had good antibacteria

13、l activity against E. coli and S. aureus. Complex film with more chitosan showed the better antibacterial activity. chitosan-3-2% film showed the best antibacterial activity against E. coli and S. aureus, and the bacteriostatios ratio was 99%Complex film prepared by coating method, showed the superi

14、ority union of polyvinyl alcohol and chitosan. Complex film maintained the high-resistance, good- mechanical property of polyvinyl alcohol, and showed the best antibacterial activity as well Keywords: activity package, chitosan, polyvinyl alcohol, antibacterial activity, water vapor permeability, ox

15、ygen permeablityIV 目 錄 摘 要 I AbstractIII 目 錄 i 1 緒 論 1 1.1 食品包裝的功能1 1.1.1 保護(hù)食品. 1 1.1.2 方便儲運(yùn). 1 1.1.3 促進(jìn)銷售. 2 1.1.4 提高商品價值2 1.2 活性包裝技術(shù) 2 1.2.1 活性包裝的定義和分類3 1.3 食品抗菌包裝薄膜的研究進(jìn)展. 4 1.3.1 抗菌劑的種類5 1.3.2 食品抗菌包裝薄膜的研究進(jìn)展 5 1.4 殼聚糖的抑菌活性. 7 1.4.1 殼聚糖的抑菌譜. 8 1.4.2 殼聚糖抑菌活性的影響因素10 1.4.3 殼聚糖衍生物的抑菌活性12 1.4.4 殼聚糖的抑菌機(jī)理

16、13 1.4.5 殼聚糖的安全性14 1.5 課題研究意義及其內(nèi)容. 16 1.5.1 研究意義16 1.5.2 研究內(nèi)容17 2 殼聚糖的抑菌活性 18 2.1 實(shí)驗部分 18 2.1.1 材料 18 2.1.2 儀器設(shè)備19 2.1.3 殼聚糖相對分子質(zhì)量的測定19 2.1.4 殼聚糖納米粒子的制備 20 2.1.5 殼聚糖抑菌活性的測定方法20 2.2 結(jié)果與討論21 2.2.1 殼聚糖相對分子質(zhì)量的測定21 2.2.2 殼聚糖抑菌方法比較. 22 2.2.3 不同相對分子質(zhì)量殼聚糖的抑菌活性27i 2.2.4 不同濃度殼聚糖的抑菌活性. 28 3 水溶性殼聚糖衍生物的合成及抑菌活性.

17、31 3.1 實(shí)驗部分31 3.1.1 材料 31 3.1.2 儀器設(shè)備. 32 3.1.3 磷酸化殼聚糖(PCS)的合成32 3.1.4 季銨鹽殼聚糖(TMC)的合成33 3.1.5 PCS和TMC的表征33 3.1.6 水溶性殼聚糖衍生物的抑菌活性34 3.2 結(jié)果與討論. 34 3.2.1 磷酸化殼聚糖的紅外譜圖34 3.3.2 水溶性殼聚糖衍生物的抑菌活性36 3.3 結(jié)論 37 4 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的制備與性能. 39 4.1 實(shí)驗部分40 4.1.1 材料 40 4.1.2 儀器設(shè)備. 40 4.1.3 殼聚糖的X射線衍射表征 40 4.1.4 殼聚糖復(fù)合膜的制備 41 4.1

18、.5 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的厚度的測定41 4.1.6 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的形態(tài)結(jié)構(gòu) 41 4.1.7 PVA/殼聚糖復(fù)合膜外觀顏色. 41 4.1.8 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的機(jī)械性能測定. 42 4.1.9 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的水蒸汽透過系數(shù)的測定. 43 4.1.10 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的氧氣滲透系數(shù)的測定 45 4.1.11 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的抑菌性能評價 46 4.2 結(jié)果與討論. 47 4.2.1 PVA/殼聚糖復(fù)合膜外觀顏色. 47 4.2.2 殼聚糖的X射線衍射圖譜 48 4.2.3 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的SEM圖 50 4.2.4 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的物理性能 50

19、 4.2.5 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的水蒸汽透過系數(shù)的測定. 55 4.2.6 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的氧氣滲透系數(shù)的測定56 4.2.7 PVA/殼聚糖復(fù)合膜的抑菌性能評價. 56 5 結(jié)論與展望60 參考文獻(xiàn)63 附錄 1 符號名稱表72 附錄 2 抗菌塑料?抗細(xì)菌性能試驗方法. 73 致 謝 77ii暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 1 緒 論 1.1 食品包裝的功能 食品包裝可以保護(hù)食品的外觀質(zhì)量和食品的原有品質(zhì),延長食品的保存期,還可以增加食品品種,方便消費(fèi)者,方便流通。食品包裝又可以防止食品的污染,促進(jìn)食品流通的合理性和計劃性,促進(jìn)食品的競爭,擴(kuò)大食品的銷售。包裝的設(shè)

20、計和裝潢水平直接影響到商品本身的市場競爭力乃至品牌、企業(yè)形象。食品包裝的基本功能可歸納為以下四個方面。 1.1.1 保護(hù)食品 食品包裝昀重要的作用就保護(hù)食品。食品在儲 運(yùn)、銷售、消費(fèi)等流通過程中常會受到各種不利條件及環(huán)境因素的破壞和影響。采用科學(xué)合理的包裝可使食品免受到各種不利條件及環(huán)境因素的破壞和影響,以期達(dá)到保護(hù)食品的目的。對食品產(chǎn)生破壞的因素大致有兩類:一類是自然因素,包括光、氧氣、水及水蒸氣、溫度、微生物、昆蟲、塵埃等,可引起食品變色、氧化、變味、腐敗。另一類是人為因素,包括沖擊、跌落、振動等,可引起內(nèi)裝物變形、破損和變質(zhì)等。不同食品,不同的流通環(huán)境,對包裝保護(hù)功能的要求不同。例如,餅

21、干易碎、易吸潮,其包裝應(yīng)耐壓防潮;油炸豌豆極易氧化變質(zhì),要求其包裝能阻氧避光;而生鮮食品為維持其生鮮狀,要求包裝具有一定的氧氣、二氧化碳和水蒸氣的透過率。因此,食品包裝業(yè)應(yīng)首先根據(jù)包裝產(chǎn)品的定位,分析產(chǎn)品的特性及其在流通過程中可能發(fā)生和變質(zhì)及其影響因素,選擇適當(dāng)?shù)陌b材料、容器及技術(shù)方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌b,保護(hù)食品在一定保質(zhì)期內(nèi)的質(zhì)量。 1.1.2 方便儲運(yùn) 包裝能為生產(chǎn)、流通、消費(fèi)等環(huán)節(jié)提供諸多方便。能方便廠家及運(yùn)輸部門搬運(yùn)裝卸,倉儲部門堆放保管,商店陳列銷售;也方便消費(fèi)者的攜帶、取用和消費(fèi)。現(xiàn)代包裝還注重包裝形態(tài)的展示方便、自動售貨方便及消費(fèi)時的開啟和定量取用的方便。1暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚

22、糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 一般來說,食品沒有包裝就不能儲運(yùn)和銷售。 1.1.3 促進(jìn)銷售 包裝是提高食品競爭能力、促進(jìn)銷售的重要手段。精美的包裝能在心理上征服消費(fèi)者,增加其購買欲望。在超級市場中,食品包裝更是充當(dāng)著無聲推銷員的角色。隨著市場競爭由食品內(nèi)在質(zhì)量、價格、成本的競爭轉(zhuǎn)向更高層次的品牌形象競爭,包裝形象將直接反應(yīng)一個品牌和一個企業(yè)的形象?，F(xiàn)代包裝設(shè)計已成為企業(yè)營銷戰(zhàn)略的重要組成部分。企業(yè)競爭的昀終目的是使自己的產(chǎn) 品為廣大消費(fèi)者所接受,而產(chǎn)品的包裝包含了企業(yè)名稱、企業(yè)標(biāo)志、商標(biāo)、品牌特色以及產(chǎn)品性能、成分容量等商品說明信息,因而包裝形象比其他廣告宣傳媒體更直接、更生動、更廣泛地面對消

23、費(fèi)者。消費(fèi)者在決定購買動機(jī)時,從產(chǎn)品包裝上得到更直觀精確的品牌和企業(yè)形象。食品作為商品所具有的普遍和日常消費(fèi)性特點(diǎn),使得其通過包裝來傳達(dá)和樹立企業(yè)品牌形象顯得更重要。 1.1.4 提高商品價值 食品包裝是食品生產(chǎn)的延續(xù),食品通過包裝才能免受各種損害,避免降低或失去其原有的價值。因此,投入包裝的價值不僅體現(xiàn)在直接增加食品價值,而且更體現(xiàn)在通過包裝塑造名牌所體現(xiàn)的品牌價值這種無形而巨大的增值方式。當(dāng)代市場經(jīng)濟(jì)倡導(dǎo)名牌戰(zhàn)略。品牌本身不具有商品屬性,但可以被拍賣,通過賦予它的價值而取得商品形式;而品牌轉(zhuǎn)化為商品的過程,也可能給企業(yè)帶來巨大的直接或潛在的經(jīng)1濟(jì)效益。適當(dāng)運(yùn)用包裝增值策略,將取得事半功倍的

24、效果 。 1.2 活性包裝技術(shù) 活性包裝(active packing)是食品包裝的一個新概念。它基于食品和環(huán)境之間的互相作用是動態(tài)改變的這一前提下提出來的,是隨著消費(fèi)者對食品品質(zhì)的更高需要和食品市場的不斷發(fā)展而開發(fā)出來的新技術(shù)。由于材料科學(xué)、生物技術(shù)和氣體包裝技術(shù)的進(jìn)步,近年來活性包裝技術(shù)發(fā)展很快,它能有效地保存食品的營養(yǎng)和風(fēng)味,也將成為食品包裝的發(fā)展趨勢。 歐洲提出有關(guān)“活性包裝”的爭論已有 10 多年的歷史了,日本對這一話題的爭論歷史則長達(dá) 25 年。“活性包裝”的概念來自于與通常由法律或習(xí)慣所選定的“惰性”包2暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 裝材料,特別指應(yīng)用在食品

25、包裝上,并由目前歐洲法規(guī)認(rèn)可的具有“屏蔽”功能的包裝材料。換句話說,這種包裝制品可保持包裝內(nèi)容物的特性,使之不受環(huán)境因素的影響而有所改變。另外也具有改善包裝內(nèi)容物的特性等功能性包裝材料。美國和日本所執(zhí)行的法規(guī)則沒有歐洲那么嚴(yán)格。歐盟委員昀近提出了 2002/72/CE 法令,允許2部分抗菌劑用于塑料食品包裝 。 1.2.1 活性包裝的定義和分類 活性包裝又稱互相作用的包裝(interactive packing)或稱聰明的包裝 smart packing。著名包裝學(xué)家 Pooney 認(rèn)為,活性包裝不僅是包裹食品,而且是能起到一定有益作用的包裝。它是利用氣體吸收劑或釋放系統(tǒng),在包裝內(nèi)部制造一個小

26、環(huán)境,達(dá)到保鮮、抑菌、延長儲存期的目的。這是近年來在充氣包裝和氣調(diào)包裝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù),廣泛地用于食品、藥品、鮮花等產(chǎn)品包裝。 包裝在增加食品貨架期方面起重要的作用。通過科學(xué)的包裝延長食品的保質(zhì)期,將逐漸減少或代替向食品中加入鹽、糖或防腐劑等延長保質(zhì)期的方法。這樣將能更好地保持食品的營養(yǎng)和風(fēng)味,也更有利于消費(fèi)者的健康。 活性包裝正是采用去氧劑、抗菌劑、異味(腐味)消除劑、水分和二氧化碳控制劑等來延長食品的貨架期,提高其安全性和改善感觀性的包裝技術(shù)?；钚园b技術(shù)包括包裝或包裝的某些組成部分與包裝內(nèi)部的氣體及食品三者之間的相互作用?；钚园b能夠控制甚至參與發(fā)生在包裝內(nèi)的各種反應(yīng);活性包裝

27、比傳統(tǒng)包裝能更有效地保持食品的營養(yǎng)和風(fēng)味。 活性包裝主要采用去除、排放和其他方法。去除主要是除去氧氣、乙烯、水分和腐味等。將吸附劑、內(nèi)置標(biāo)簽、封閉物和多聚物等和彈性的包裝材料結(jié)合起來便構(gòu)成了去除系統(tǒng)。氧氣去除劑可以逐漸預(yù)防嗜氧微生物的生長、脂質(zhì)氧化、退色、風(fēng)味損失和營養(yǎng)損失等。去氧必須考慮產(chǎn)品、容器滲透和密封不嚴(yán)等氧氣殘余。異味去除是除去像魚腐敗、油脂氧化或果蔬代謝等產(chǎn)生的異味。使用干燥劑有助于減少低水分產(chǎn)品(如魚、肉等)的水分含量,從而控制其水分活度,延長其貨架期。 用于儲藏食品、提高食品品質(zhì)和安全性的活性包裝可分為三類:吸收系統(tǒng)、釋放系統(tǒng)和其它系統(tǒng)。吸收系統(tǒng)可以除去包裝內(nèi)的氧氣、二氧化碳、

28、乙烯、過量水分、腐敗產(chǎn)生的(如蛋白質(zhì)和氨基酸降解產(chǎn)生的含硫成分和胺類,脂質(zhì)或者無氧糖酵解產(chǎn)生的乙醛和酮類)等。釋放系統(tǒng)是主動地加入或產(chǎn)生某些化合物到包裝食品的頂3暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 3隙,如二氧化碳、抗氧化劑和防腐劑等。其它的系統(tǒng)有自熱系統(tǒng)、自冷系統(tǒng)等 。4抗菌包裝是活性包裝中應(yīng)用較多的一種 。 1.3 食品抗菌包裝薄膜的研究進(jìn)展 抗菌保鮮膜是指在保鮮膜中添加抗菌劑,通過抗菌劑的緩釋和光催化等作用達(dá)到5抗菌、保鮮目的的一種功能薄膜 。 抗菌有廣義抗菌和狹義抗菌兩個概念,廣義的“抗菌”是指具有抗各種微生物的功能,包括抗細(xì)菌、霉菌、立克次體、真菌甚至病毒等多種微生物

29、。狹義的“抗菌”是指僅具備抑制和殺滅細(xì)菌的功能。在實(shí)際應(yīng)用中廣義和狹義的抗菌概念往往混合使6用,圖 1-1 例出了不同程度地抑制微生物生長情況 。無藥劑添加低效添加微生抑菌范圍物靜菌數(shù)對中效添加數(shù)殺菌范圍值高效添加培養(yǎng)時間 圖 1-1 微生物抑菌情況示意圖 Fig.1-1 Figure of inhibitionto microorganism 抗菌活性包裝是活性包裝應(yīng)用較為廣泛的一種?？咕b是在密封的包裝容器內(nèi),封入能釋放抗菌劑的小包或利用能釋放抗菌劑的包裝材料來包裝食品,達(dá)到抗菌防腐目的,使被包裝物能夠得以較長時間保存的一種包裝技術(shù)。 新鮮食品變質(zhì)的主要原因是微生物的生長繁殖,為了抑制食

30、品中腐敗菌的生長,可以把抗菌物質(zhì)做成小包與食品一同封入包裝袋中或者將抗菌物質(zhì)聚合入包裝膜中或涂于包裝膜內(nèi),當(dāng)抗菌劑與細(xì)菌包括病原體接觸時,它能滲透到細(xì)胞壁,從而破4暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 壞細(xì)菌的生理功能,這樣就能起到阻止食品變質(zhì)的作用。 1.3.1 抗菌劑的種類 目前,抗菌劑的種類有無機(jī)抗菌劑、有機(jī)抗菌劑、天然抗菌劑、高分子抗菌劑和光催化型抗菌劑。 (1)無機(jī)抗菌劑 無機(jī)抗菌劑目前研究較多的是銀系抗菌劑。銀系抗菌劑是本身具有的抗菌性的銀、銅、鋅等金屬。通過物理吸附或離子交換等方法,將銀、銅、鋅等金屬離子固定在沸石、硅膠等多孔材料的表面制成抗菌劑,然后將其加入制品中

31、,獲得具有抗菌性的材料。銀系抗菌劑的抗菌機(jī)理主要是接觸殺菌,當(dāng)菌類的負(fù)電荷表面吸附一定濃度的金屬離子時,金屬離子就能吸附到細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)上,濃度增大時能和細(xì)菌中蛋白質(zhì)的?SH(硫醇)結(jié)合,使微生物不能進(jìn)行能量代謝,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,破壞其生理機(jī)能。無機(jī)抗菌劑的主要特點(diǎn)是耐熱性好、抗菌范圍廣、有效抗菌期長、毒性低、不產(chǎn)生耐藥性。 (2)有機(jī)抗菌劑 有機(jī)抗菌劑主要可用作殺菌劑、防霉劑、防腐劑。殺菌劑主要有四價銨鹽,雙胍類化合物,乙醇等,其作用機(jī)理是破壞細(xì)胞膜,使?SH 酸化,導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,代謝受阻。防腐劑主要有甲醛,已噻唑,有機(jī)鹵素化合物,有機(jī)金屬等,其抗菌機(jī)理與殺菌劑相同。防霉劑主要有毗啶,

32、咪唑,噻唑,鹵代烷,碘化物等,其作用機(jī)理是使細(xì)菌代謝受阻,阻礙 DNA 的合成。 (3)天然抗菌劑 此類抗菌劑是以天然原材料作為抗菌劑,主要有殼聚糖等,目前研究頗多的是殼聚糖。殼聚糖是甲殼素的脫乙酰產(chǎn)物,是一種聚氨基葡萄糖,具有良好的成膜性、通透性和抗菌性。殼聚糖來源豐富,可單獨(dú)用作涂膜包裝,應(yīng)用前景廣闊。 有機(jī)抗菌劑和無機(jī)抗菌劑對人體有一定的毒害作用,因此殼聚糖等天然抗菌劑在食品抗菌包裝中將會有廣闊的發(fā)展前景。 1.3.2 食品抗菌包裝薄膜的研究進(jìn)展 國外抗菌材料在研究始于 20 世紀(jì) 80 年代。20 世紀(jì) 80 年代末到 90 年代初,出現(xiàn)了無機(jī)抗菌劑,隨著無機(jī)抗菌劑的研究與開發(fā),食品抗

33、菌保鮮膜的研究也進(jìn)入高5暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 潮。食品抗菌保鮮膜的研究方面,日本是昀活躍的國家, 20 世紀(jì) 90 年代日本就已經(jīng)開發(fā)出幾十種保鮮膜并用于果蔬保鮮。除日本外,歐美等國家在食品抗菌保鮮膜的研究也取得了長足進(jìn)步。我國在 20 世紀(jì) 90 年代以后才開始轉(zhuǎn)向氣調(diào)、抗菌等功能食品保鮮膜的研究。目前已經(jīng)研制出 PE/Ag 納米防霉保鮮膜、PVC/TiO 納米保鮮2膜等多種抗菌食品保鮮膜。這些薄膜抗菌性能優(yōu)良,機(jī)械強(qiáng)度較普通塑料有不同程6度的提高 。 Appendini 等提出抗菌包裝膜的形式有:(1)將揮發(fā)性的或不揮發(fā)的抗菌成分直接混合在聚合物材料中制成復(fù)合

34、膜;(2)將抗菌劑涂覆或吸附在聚合物材料表面;(3)將抗菌劑通過離子鍵或共價鍵連接固定在聚合物上。(4)使用聚有抗菌性能7的聚合體 。 Ercolini 將細(xì)菌素加入聚乙烯膜制得復(fù)合膜,用熒光顯微鏡觀察到復(fù)合膜使利斯8特單胞菌很快失活 。Miltz 以抗菌縮氨酸為抗菌劑制得聚乙烯復(fù)合膜,膜輕微減少9了霉菌和需氧細(xì)菌的生長速度 。Kim 在聚乙烯中添加殼聚糖、抗氧化劑制得一種10同時具有抗菌和抗氧化作用的包裝膜 。 聚乙烯復(fù)合膜顯示較好的抑菌性,但是聚乙烯是不可降解塑料,會對環(huán)境造成白色污染,而聚乙烯醇(PVA)是可降解材料。PVA 膜處于潮濕環(huán)境或覆蓋于土壤上時,PVA 中的酯基首先溶于水,并

35、形成一定粘度的溶液滲入土壤中,滲入土壤的93PVA 可被土壤中甲單細(xì)胞(Pseudomonas)的菌株分解 。改用可降解材料 PVA 膜,將會大大減少白色污染。 PVA 不是乙烯醇單體的均聚物,而是聚醋酸乙烯酯通過堿化的水解產(chǎn)物,因為游離的乙烯醇并不存在。PVA 的分子式如圖 1-2 所示。 CH CH2 2nOH圖 1-2 聚乙烯醇結(jié)構(gòu)式 Fig.1-2 Structure of polyvinyl alcoholPVA 膜主要采用溶液流延法生產(chǎn)薄膜。成型前,PVA 樹脂需進(jìn)行預(yù)處理,除去樹脂中的醋酸鈉,并以水為溶劑,甘油為增塑劑,可流延生產(chǎn)較薄的透明薄膜,它具有極佳透明性和光澤,不結(jié)露、不

36、帶靜電以及良好的吸潮性和氣體阻隔性,適宜用作服裝、紡織品、食品、醫(yī)藥品的包裝薄膜。6暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 PVA 膜具有極好的透明度和光澤性、非帶電性、較大的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度、良好的耐油性能、極好的氣體阻隔性、熱合性與粘接好、透濕性大、脫模性和金屬3鍍性好等優(yōu)點(diǎn),并在一定條件下具有水溶性和生物降解性,因而得到廣泛應(yīng)用 。PVA膜以其優(yōu)異的性能和可降解性受到人們的青睞, 并已列入我國塑料包裝材料“十五”11 12發(fā)展規(guī)劃 ,我國是 PVA 生產(chǎn)大國 ,隨著北京 2008 年奧運(yùn)的臨近,可生物降解膜越來越受到重視和應(yīng)用。 國內(nèi)外有關(guān) PVA/殼聚糖膜的報導(dǎo)不多,主要

37、采用共混法制備。Wang 等研制 PVA/13羧甲基殼聚糖復(fù)合膜作為藥物釋放體系,復(fù)合膜顯示一定的抗菌性 。Buonocore在 2003 年以乙二醛為交聯(lián)劑,在 PVA 中添加溶菌素、尼生素、苯甲酸制備復(fù)合膜,14關(guān)用 HPLC 檢測膜對抗菌劑的釋放 。2007 年 Conte 改進(jìn)了方法,將溶菌素固定在PVA 膜上中制得厚為 100 m 的 PVA 復(fù)合膜。這樣 PVA 膜上的溶菌素直接起抑菌作15用,而不是先釋放到食品包裝中再起作用 。 余若冰等人用溶液共混法制備 PVA 與殼聚糖共混膜,并對磨的吸水率、透光率16和力學(xué)性能進(jìn)行測試。共混膜的透光率為 70%80%,拉伸強(qiáng)度為 40MPa

38、50 MPa 。丁盈紅等在殼聚糖膜的基礎(chǔ)上復(fù)合上聚乙烯醇研制出復(fù)合膜,同時將殼聚糖溶液和聚乙烯醇溶液共混制得共混膜。復(fù)合膜的透氣率得到很好的改善,同時吸水率也有顯著增加,這對于膜吸收傷口滲出液更為有利,而且改善了殼聚糖膜的機(jī)械強(qiáng)度?；旌夏さ母鞣矫嫘阅芤驳玫捷^好的改善。殼聚糖/PVA 復(fù)合膜既能保持殼聚糖膜的抗炎、止血和良好的生物相容性,又能吸收創(chuàng)面滲出物,避免傷口干燥,促進(jìn)傷口的恢復(fù)。所以無論是從膜物理性能的改善還是從膜的實(shí)際應(yīng)用考慮,復(fù)合膜均優(yōu)于混17合膜 。 國內(nèi)至今未有文獻(xiàn)報導(dǎo)以 PVA 膜作為基膜,用涂布法研制殼聚糖復(fù)合膜,并研3+究其抗菌性。殼聚糖抑菌作用與抑菌因子(?NH )有密切

39、關(guān)系,因此,殼聚糖復(fù)合膜的抑菌作用會優(yōu)于殼聚糖/PVA 混合膜。殼聚糖/PVA 復(fù)合膜在食品包裝方面將會有廣闊的應(yīng)用價值。 1.4 殼聚糖的抑菌活性 甲殼素是由 N-乙酰-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖以 -1,4 糖苷鍵形式連接而成的多糖,也就是 N-乙酰-D-葡萄糖胺的聚糖,其結(jié)構(gòu)式如圖 1-3 所示。甲殼素是白色或灰白色無定形、半透明固體,相對分子質(zhì)量因原料不同而有數(shù)十萬至數(shù)百萬,不溶于7暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 水、稀酸、稀堿、濃堿、一般有機(jī)酸溶劑,可溶于濃的鹽酸、硫酸、磷酸和無水甲酸,但同時主鏈發(fā)生降解。甲殼素廣泛存在甲殼綱動物蝦和蟹的甲殼、昆蟲的甲殼、真菌

40、(酵母、霉菌)的細(xì)胞壁和植物(如蘑菇)的細(xì)胞壁中。自然界每年生物合成的甲殼素將近 100 億噸。 CH3 CH3O CO CNHH CH OHCH OH NH2 H2O OOH H HHOHH OHOHOH H OHH HH OH HOH H H OHOOnH NHNHH CH OHCH OH22C OC OCHCH3 3圖 1-3 甲殼素結(jié)構(gòu)式 Fig.1-3 Structure of chitin CH3ONHCH OH H 2 CH OH2 H NH2O OOHH H HOHH OHOHOH H OHH HH OHOH H H H OHOOnH NHNHH CH OH 22 CH OH2

41、2圖 1-4 殼聚糖結(jié)構(gòu)式 Fig.1-3 Structure of chitosan 殼聚糖(見圖 1-4)是甲殼素的 N-脫乙?；漠a(chǎn)物,是由 2-氨基-2-脫氧- -D-葡萄糖單元和 N-乙酰-2-氨基-2-脫氧- -D-葡萄糖單元以 -1,4糖苷鍵連接的二元線性共聚物,一般而言,N-乙?；撊?55%以上的就可稱這為殼聚糖。殼聚糖也是白色無定形、半透明、略有珍珠光澤的固體,因原料不同和制備方法不同,相對分子質(zhì)量也從數(shù)十萬至數(shù)百萬不等,不溶于水和堿溶液,可溶于稀的鹽酸、硝酸等無機(jī)酸和大多數(shù)有機(jī)酸,不溶于稀的硫酸、磷酸。在稀酸中,殼聚糖的主鏈也會緩慢水解,18溶液的粘度逐漸降低 。 1.4

42、.1 殼聚糖的抑菌譜 殼聚糖作為有機(jī)天然抑菌劑,具有廣譜的抑菌活性。國內(nèi)文獻(xiàn)報道的結(jié)果不盡相同,但殼聚糖對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌等常見細(xì)菌的抑菌濃度范圍多在 0.1 %190.5 %。 Felt 等 報道殼聚糖濃度為 0.0375 %時對大腸埃希菌仍有抑制作用,對金黃色20-23葡萄球菌的昀低抑菌濃度是 0.015 %。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國內(nèi)文獻(xiàn)報道的結(jié)果 。王秀文8暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 等用殼聚糖與膠原蛋白按 73 比例混勻,制得膠原-殼聚糖凍干海綿,進(jìn)行抑菌實(shí)驗。發(fā)現(xiàn)其對金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌有較強(qiáng)的抑制作用,昀低抑菌24濃度分別為 0.022

43、%、0.044 %、0.088 % 。 殼聚糖同時還具有抗真菌活性。賴凡等發(fā)現(xiàn)殼聚糖在 pH 為 5.6、濃度為 1 mg/ml 時對 14 種植物病原真菌有抑制作用, 抑菌率隨殼聚糖濃度提高而提高。并能抑制灰25霉病菌和軟腐病菌的孢子發(fā)芽,濃度為 6 mg/ml 時,抑菌率分別為 90 %和 75 % 。 Roller 等研究了殼聚糖對 15 種與食物霉變有關(guān)的酵母菌和霉菌的抑制作用。發(fā)現(xiàn) 1 g/L 的殼聚糖可以減少葡萄狀穗霉的生長,而完全抑制 3 株絲衣霉菌的生長需要 5 g/L。同時,他們又研究了殼聚糖在蘋果汁pH 為 3.4 中的抗真菌作用。發(fā)現(xiàn)昀敏感菌是拜氏結(jié)合酵母菌,0.1 g/

44、L 就可完全將其滅活;敏感性昀差的是路氏毛霉菌 ,需要 5 g/L 才能抑制其生長。但拜氏結(jié)合酵母菌的某些菌株即使在殼聚糖濃度達(dá) 5 g/L 26時也能生長,這可能是同種屬不同菌株間對殼聚糖的敏感性變異所致 。 27-60殼聚糖的抗菌譜如表 1-1 所示 。 表 1-1 殼聚糖的抑菌譜 Table1-1 Inhibition spectrum of chitosan to microorganism 微生物 食品 微生物 食品 Bacteria: Psendomonas fluorescens 水果和蔬菜 Aeromonas hydrophila 香腸 牛奶海產(chǎn)品 Psendomonas fr

45、agi 肉 Bacillus cereus 水果和蔬菜 Psendomonades 肉肉 Psendononas sp. 肉海產(chǎn)品 海產(chǎn)品 Bacillus licheniformis 面包 Salmonella Enteritidis 蛋黃醬 Bacillus subtilis 面包 肉肉 香腸香腸 Salmonella typlumurium 面包 Bifidobacterium bifidum 牛奶 肉 Brochothrux thermosphacta 水果和蔬菜 香腸肉 海產(chǎn)品 Clostridium historyticum 香腸 Serratra liqnejaciens 肉 C

46、lostridium perfringens 香腸 Serratia marcescens 面包 Coliform 肉 Shigella dvsenterioe 海產(chǎn)品大豆芽 Staphylococcus aureus 面包 Enterobacter aeromonas 水果和蔬菜 肉 Emerococcus faecalis 面包 香腸9暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 Escherichia coli 面包 海產(chǎn)品肉 Staphylococci 肉香腸 Vibrio cholerae 海產(chǎn)品海產(chǎn)品 Vibrio parahaemolyticus 海產(chǎn)品大豆芽 Yeast:

47、Lactobacillus curvatus 水果和蔬菜 Candida albicans 海產(chǎn)品肉 Candida lambica 水果和蔬菜 Lactobacillus fructivorans 蛋黃醬 Cryptlcoccus humiculus 水果和蔬菜 Lactobacillus plantarum 水果和蔬菜 Saccharomyces cerevisiae 面包Kimchi 果汁肉 牛奶 Lactobacillus sakei 水果和蔬菜 Saccharomyces exiguus 果汁 Lactobacillus viridescens 肉 Saccharomycodes h

48、idwigu 果汁香腸 肉 Lactobacillus sp Kimchi Schizosaccharomyces pombe 果汁 Leuconostoc mesenteroudes Kimchi Zygosaccharomyces bailu 果汁 Leuconostoc sp Kimchi Mold:Listeria innocua 肉 Aspergillus fumigatns 海產(chǎn)品香腸 Aspergillus niger 面包 Listeria monocytogenes 水果和蔬菜 Aspergillus parasiticus 海產(chǎn)品肉 Botrydiplodio lecani

49、dion 水果和蔬菜香腸 Botrytis cinerea 水果和蔬菜海產(chǎn)品 Cladosporum sp. 水果和蔬菜 Micrococci 肉 Fusarium oxysporum 海產(chǎn)品 Micrococcus varians 肉 Penicillium chrysogenum 面包 Pediococcus acidilactici 水果和蔬菜 Penicillium digitatum 水果和蔬菜 Pediococcus pentosaceus 肉 Penicillium expansum 面包 Photohacteriumphosphoreum 水果和蔬菜 Penicillium i

50、talicum 水果和蔬菜 Pseudomonas aeruginosa 肉 Penicillum notatum 面包香腸 Rhizopus nigricans 面包海產(chǎn)品 Rhizopus stolonifer 水果和蔬菜 Rhizopus sp. 水果和蔬菜1.4.2 殼聚糖抑菌活性的影響因素 殼聚糖抑菌活性受到其結(jié)構(gòu)因素如相對分子質(zhì)量、濃度、脫乙酰度等的影響,同時還受到環(huán)境中溶劑酸的種類、pH 值、金屬離子和離子強(qiáng)度等非生物因素的影響。其中相對分子質(zhì)量和脫乙酰度是影響殼聚糖抑菌活性的主要因素。10暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文殼聚糖復(fù)合膜的制備及其性能研究 1.4.2.1 相對分子質(zhì)量 殼聚糖的

51、相對分子質(zhì)量和脫乙酰度是與其抑菌機(jī)理和抑菌效果密切相關(guān)的兩個因素,而相對分子質(zhì)量又是爭論昀多的因素。宋 獻(xiàn)周等認(rèn)為低相對分子質(zhì)量殼聚糖的61抑菌效果優(yōu)于高相對分子質(zhì)量殼聚糖 。夏文水等也報道了相對分子質(zhì)量為 1500的甲殼低聚糖對大腸埃希菌的抑菌效果昀強(qiáng) ,隨相對分子質(zhì)量上升,抑菌效果逐漸下62降 。陳凌云等證明了相對分子質(zhì)量大于 10 萬時不具有抑菌功能,而相對分子質(zhì)量63小于 5000 時對金黃色葡萄球菌等細(xì)菌才具有抑制殺滅作用 。 Park 檢測了 0.05%濃度下四種相對分子質(zhì)量(3 cps、33 cps、140 cps、320 cps)的殼聚糖對大腸桿菌、李斯特菌和沙門氏菌的抑制效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)粘均相對分子質(zhì)量越低,大腸桿菌數(shù)量的減少值越大;李斯特菌對殼聚糖的敏感性隨粘均相對分子質(zhì)量的上升而呈現(xiàn)下降64趨勢;沙門氏菌與大腸桿菌相似,也是相對分子質(zhì)量越低,細(xì)菌數(shù)量減少得越快 。Uchida 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過初步水解反應(yīng)后的殼聚糖具有較好的抗菌活性,比天然殼聚糖和甲65殼低聚糖要好 。 鄭連英等認(rèn)為相對分子質(zhì)量 30 萬以下的殼聚糖對革蘭陽性菌的抑制作用隨相66對分子質(zhì)量增大而增強(qiáng),而對